FIBRA OPTICA - FISICOQUIMICA
16 de julio de 2012
INTRODUCCION Actualmente para navegar navegar a través de las redes y poder poder mejorar las comunicaciones necesitamos tecnología avanzada, avanzada, es por eso que con el paso del tiempo se fueron descubriendo nuevos métodos para que estas mejoras sean reales, con esto se creo la llamada fibra óptica que esta hecha de pequeños filamentos de vidrios flexibles de poco espesor, estas tienen un uso parecido al de los alambres de cobre convencionales tanto en pequeños pequeños ambientes como como en redes geográficas por ejemplo en las redes de telefonía . Hablando claramente lo que la fibra óptica óptica hacer es transmitir transmitir señales luminosas detectables por muchos kilómetros y así lograr una mejor comunicación. Uno de los materiales más importantes de la fibra óptica es el vidrio, el cual debe tener un alcance luminoso de varios metros, no puede ser el vidrio normal o convencional convencional por ello los estudiosos debieron desarrollar desarrollar vidrios más puros con transparencias transparencias mucho mayores a la de los vidrios ordinarios para lograr dichos resultados. Así como lo descrito anteriormente, la fibra óptica tiene muchos campos de aplicación y en donde resulta útil tales como el internet o las redes geográficas, por ello en este documento expandiremos los conocimientos conocimientos de ustedes los lectores para tratar de incrementar mas el interés por este novedoso material llamado fibra óptica además de conocer mejor sus usos y su campo de aplicación.
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DEFINICION Es una delgada hebra, hilo o filamento transparente (Similar a la de un cabello humano de 2 a 125 micrones <> 0.1 mm) de vidrio o sílice fundido de alta pureza, flexible, compacto pero con poca ductilidad. Por ella se conducen pulsos de luz q viajan a través de las hebras con la información. Entonces podemos resumir que las fibras ópticas son el medio de transmisión de información más moderno empleada habitualmente en redes de datos. (INTERNET Y TELEFONIA).
HISTORIA Los egipcios controlaban la luz por medio de los espejos para iluminar dentro de sus pirámides. Puede ser una demostración a gran escala de lo que pasa dentro de la fibra óptica. En 1880 Alexander Graham Bell construye el fotófono. En 1960 se inventa el rayo laser Theodore Maiman – 1966 Kao y hockman publican un articulo sobre la atenuación de las fibras de vidrio 1970 Corning obtiene fibras con atenuación 20 dB/km. 1972 Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 dB/km. 1973 Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 dB/km y deja obsoletas a las de núcleo líquido. 1976 NTT y Fujikura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47 dB/km en 1300 nm, muy próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh). 1979 Se alcanzan atenuaciones 0,12 dB/km con fibras monomodo en 1550 nm. Los Primeros conductores de fibra óptica para telefonía se pusieron en funcionamiento en los barcos de la armada de los EE.UU. en 1973. El Primer sistema de conductores de fibra óptica se ensayó en 1976 en la planta de la Western Electric de Atlanta (EE.UU.). 2
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Desde el año 1976 Siemens está utilizando en Munich el tramo experimental de 2,1 Km. para la transmisión de señales telefónicas, de TV y de video-teléfono. Un año después se efectuaron los primeros ensayos de campo: la Bell System con una instalación de 2.5 Km. en Chicago (EE.UU.) y la General Telephone, con una de 9 Km. de Long Beach. En el año de 1977 Siemens instaló en Berlín el primer trayecto de fibra óptica para el Correo Federal Alemán. El CERN, de Ginebra (Suiza), desde 1978 tiene en servicio un cable de conductores de fibra óptica a prueba de radiaciones. A partir de esa época se comenzó a utilizar la nueva tecnología a nivel mundial. Las instalaciones mencionadas precedentemente se hicieron con conductores de fibras multimodo. En 1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades importantes de pedidos de este material. La primera empresa que suministró en EE.UU. cables de fibras ópticas monomodo a una compañía telefónica (New York 1983) fue la Siecor Corporation, empresa fundada conjuntamente por Siemens y Corning Glass Works. Con el tiempo y con la técnica de cables de Siemens se han instalado mas de 1000 000 Km. de conductores de fibras ópticas en 24 países. En el futuro se instalarán principalmente tramos con conductores de fibras ópticas monomodo. En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.
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ESTRUCTURA DE LA FIBRA OPTICA 1. El núcleo Parte más interna de la fibra y es la que guía la luz. Tiene un alto índice de refracción.
2. Revestimiento o aislante de vidrio. Parte que rodea y protege al núcleo.
3. Cubierta protectora o recubrimiento. Es una funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.
4. Fibras. Es un conjunto de fibras de refuerzo envolvente que pretende proteger el núcleo de posibles aplastamientos o excesivas tensiones durante la instalación del cable.
CARACTERÍSTICAS Ancho de banda. Brinda un ancho de banda mucho mayor que los cables UTP/STP y el coaxial. El ancho de banda de la fibra óptica permite transmitir datos, voz, vídeo, etc. Ejm: En una llamada telefónica que se realiza a través de cables tipo TAB, de un grosor de 8 cm. Se transmite 2400 llamadas simultáneas; en comparación las fibras ópticas alcanzan las 30.720 llamadas simultáneas.
Distancia
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Durante el trayecto del cable de fibra óptica, no es necesario colocar repetidores, ya que posee una baja atenuación y esto permite mantener la potencia de transmisión poco variable.
Integridad de datos. La fibra Óptica posee menor frecuencia de errores, por lo que es más conveniente para las empresas de comunicaciones, ya que presenta mayor velocidad de transferencia.
Duración. La fibra Óptica resiste a la corrosión y a las altas temperaturas. Por su capa de protección, soporta grandes esfuerzos de tensión en la instalación.
Seguridad. Ya que no emite Ondas electromagnéticas, no se puede acceder a la información transmitida desde el exterior. Para acceder tendría que cortarse el cable, pero esto hace que se corte la transmisión.
TIPOS DE FIBRA OPTICA Fibra Monomodo Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m m. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.
Fibra Multimodo de Índice Gradiente Gradual. Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en el dibujo. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.
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La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 m (diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de fibras: Multimodo de índice escalonado 100/140 mm. Multimodo de índice de gradiente gradual 50/125 m m.
FUNCIONAMIENTO Los dos principios por los que la fibra funciona son la Reflexión y la Refracción.
Existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original.
El transmisor consiste en una interfase analógica o digital, un conversor de voltaje a corriente, una fuente de luz y un adaptador de fuente de luz a f ibra. El conversor de voltaje a corriente sirve como interfase eléctrica entre los circuitos de entrada y la fuente de luz. La fuente de luz puede ser un diodo emisor de luz (LED), o un diodo de inyección láser (LD), la cantidad de luz emitida en proporcional a la corriente de excitación, por lo tanto el conversor voltaje corriente, convierte el voltaje de la señal de entrada en una corriente que se usa para dirigir la fuente de luz.
El receptor incluye un dispositivo conector detector de fibra a luz, un fotodetector, un conversor de corriente a voltaje, un amplificador de voltaje y una interfase analógica o digital. El detector de luz generalmente es un diodo PIN o un APD (foto diodo de avalancha). Ambos convierten la energía de luz en corriente.Por esto se requiere un conversor de corriente a voltaje que transforme los cambios en la corriente del detector a cambios de voltaje en la señal de salida.
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Para unir la fibra óptica con el transmisor y el receptor se utilizan conectores, que son, dispositivos desmontables utilizados cuando se necesitan conectar y desconectar fácilmente las fibras. En el mercado existen dos tipos de conectores: los metálicos y los de plástico, que a su vez se pueden dividir en conectores para fibras múltiples y para fibras únicas. Los conectores metálicos sirven para fibras de alta calidad, utilizadas en los sistemas de transmisión de un tráfico de información elevado, debiendo presentar muy bajas pérdidas. Los conectores de plástico requieren las mismas características de calidad, utilizándose en conectores de cubierta de plástico. Se usan con fibras de diámetro más elevado, por lo cual son más sencillos mecánicamente y, en consecuencia, más económicos. Los conectores pueden presentar unas características comunes:
Pérdida de inserción baja (< 1.5 dB) e insensible a cambios de temperatura
Pérdida de retorno alta
Conectarse y desconectarse hasta 1000 veces sin degradación de la transmisión
Protección contra humedad y polvo
Resistir altas tensiones
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APLICACIONES En Medicina: La fibra óptica ayuda en las técnicas endoscópicas clásicas, y los sistemas tradicionales están siendo reemplazados por los modernos fibroscopios. Existen Diversos aparatos como laringoscopios, rectoscopios, broncoscopios, vaginoscopios, gastroscopios y laparoscopios, ya incluyen esta tecnología, la cual nos permite con gran precisión la exploración de cavidades internas del cuerpo humano.
Los campos generales de empleo en medicina son: Diagnóstico: complementa a la radiología, al proporcionar visiones cercanas y amplificadas de puntos concretos y permitir la toma de muestras. El fibroscopio es particularmente útil para la detección de cánceres y úlceras en estado inicial que no son visibles a través de rayos X.
Terapéutico: permiten la actuación quirúrgica en vías biliares para eliminar cálculos, extraer cuerpos extraños, etc.
Postoperatorio: observación directa y prácticamente inmediata a la operación de las zonas afectadas.
Lo mas actual que ha aparecido son las operaciones transatlánticas, que consisten en que el doctor puede operar en tiempo real a un paciente a mediante altas tecnologías desde otro continente sin tener que trasladarlo. Esto reducirá costos de viaje de pacientes en un futuro.
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EN ARQUEOLOGIA Uso del endoscopio para acceder a lugares difíciles de investigar.
USO COMO SENSORES Gracias a la exactitud que nos proporciona, los sensores son un punto bastante importante en el que se aplica la tecnología de la fibra óptica. Hay sensores de muchos tipos que incluyen esta tecnología, tales como:
Sensores acústicos, Sensores eléctricos y magnéticos Sensores de rotación Sensores de aceleración Sensores de presión Sensores de temperatura.
APLICACIONES MILITARES Los beneficios de esta tecnología para los militares radican fundamentalmente en la seguridad de este medio de transmisión frente a las comunicaciones por radio y cables convencionales. - El poco peso de los cables de fibras proporciona importantes ahorros logísticos de material de campaña y personal. -
Uso de la fibra para la colocación de radares distantes del centro de operaciones; así se pueden ocupar con gran margen de seguridad los radares de detección en cualquier punto de las operaciones, ya que la seguridad de la fibra frente a los factores ambientales es extraordinaria.
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En el caso de mísiles de crucero lanzados desde guerra se lleva a cabo el control del lanzamiento mediante fibras ópticas. Los mísiles se controlan desde uno o más centros y las rampas están interconectadas por una red redundante de cables ópticos. También se puede llevar a cabo el guiado del misil mediante fibras ópticas.
COMO ILUMINACIÓN Por sus particulares características, nos permite con suma facilidad iluminar zonas especiales sometidas a toxicidades, riesgos de incendio, etc; tales como industrias petrolíferas, explotaciones mineras, industrias de altos componentes inflamables y muchas otras. Se usa en señalización de carreteras, aumentando considerablemente la visión de estas a los conductores nocturnos. En los museos es de gran ayuda ya que puede filtrar 9
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los componentes ultravioletas de la luz, consiguiendo así evitar el deterioro de las pinturas.
EN TELECOMUNICACIONES Internet La conexión de Internet mediante fibra a parte de ser mucho mas rápida, no nos plantea un gran problema que sucede con el método convencional: caerse de la red continuamente. La fibra también nos resuelve en gran medida los problemas de masificación de interlocutores, aunque esto todavía no está totalmente resuelto. Nos permite trabajar con gran rapidez en entornos multimedia, tales como videos, sonidos, etc.
Redes Estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra. Las computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN (redes locales de información) permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.
Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones.
Telefonía La fibra nos permite una comunicación libre de interferencias, así como de posibilidad de boicoteo de la línea (tan común en las líneas de cobre) .El sonido es mucho más nítido, y no hace falta, como en el resto de las telecomunicaciones por fibra el empleo de amplificadores de señal cada pocos kilómetros. Hace posible establecer conexión de Internet y teléfono al mismo tiempo y con tan solo una línea. Esto no sería posible en una línea de teléfono convencional debido a lo reducido de su ancho de banda para transmitir información.
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Y además la fibra óptica permite acceder a una infinidad de servicios referente a las telecomunicaciones tales como:
Televisión: Recepción de una gran número de canales con distintas opciones de compra. Paquete básico, canales premium, vídeo bajo demanda, pago por visión ... una oferta amplísima compuesta por canales informativos, musicales, espectáculos, deportivos, documentales, infantiles...
Banco en Casa: Realización de cualquier tipo de transacción bancaria, desde movimientos entre cuentas, contratación de un depósito o la cancelación y cambio de entidad.
Telecompra: Tendrá acceso directo a anuncios por palabras con opción a compra, hasta navegar por un centro comercial con la posibilidad de adquirir el objeto que más desee.
Telemedida: La fibra óptica permite recoger información sobre medidas de servicios como el agua, el gas o la electricidad que, posteriormente serán enviados a las empresas correspondientes que nos pasarán la factura de acuerdo con lo consumido.
Web TV. Será uno de los mejores ejemplos de la interactividad que permite la fibra óptica. Facilitará el acceso a información sobre restaurantes, comercios, eventos, espectáculos...
Radio Digital. Canales temáticos para todos los gustos musicales, pero con la mejor calidad de sonido.
EN TRANSPORTE En el sector de los transportes ferroviarios y metropolitanos. Las instalaciones de telecomunicación de interés en estos sectores pueden subdividirse en:
Redes de telecomunicación (telefonía y transmisión de datos). Sistemas punto a punto - transmisión de video. Instalaciones de control y adquisición de datos. Instalaciones de mando y señalización.
Además, también han adquirido una severa importancia en los transportes aéreos, debido a su ligereza y a su resistencia a condiciones climáticas adversas. 11
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VENTAJAS DE LA FIBRA OPTICA
Mayor capacidad debido al ancho de banda mayor disponible en frecuencias ópticas. Inmunidad a transmisiones cruzadas entre cables, causadas por inducción magnética. Inmunidad a interferencia estática debida a las fuentes de ruido. Resistencia a extremos ambientales. Son menos afectadas por líquidos corrosivos, gases y variaciones de temperatura. La seguridad en cuanto a instalación y mantenimiento. Las f ibras de vidrio y los plásticos no son conductores de electricidad, se pueden usar cerca de líquidos y gases volátiles. Transmisión de datos a alta velocidad.
DESVENTAJAS
Sólo pueden tener acceso a la información las personas que viven en las zonas de la ciudad por las cuales ya este instalada la red de fibra óptica. El costo es alto en la conexión de fibra óptica, las empresas no cobran por tiempo de utilización, sino por cantidad de información transferida al computador que se mide en megabytes. Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo.
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CIBERGRAFÍA
http://www.monografias.com/trabajos13/fibropt/fibropt.shtml http://www2.udec.cl/~jdupre/fibra/fibraop.html http://www.frikitec.com/2012/03/fibra-optica-aplicada-la-medicina.html http://www.fibraopticahoy.com/fibra-optica-que-es-y-como-funciona/ http://www.uazuay.edu.ec/estudios/sistemas/teleproceso/apuntes_1/optica. htm http://www.ing.ula.ve/~dpernia/fo/index.html
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